薄壁圓管沖孔模具設計探討

摘要：薄壁圓管沖孔模具設計由模具結構初步構思、模具零件細節(jié)設計、模具裝配調試三部分組成。薄壁圓管沖孔模具是專為管殼類薄壁圓管沖孔開發(fā)的沖壓模具，結構簡單、新穎，對于管材沖孔具有一定的參考價值。

關鍵詞：薄壁；圓管；沖孔；模具設計；沖壓模具 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG385 文章編號：1009-2374（2015）13-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.012

1 管殼零件介紹

廢氣再循環(huán)（EGR）技術是將柴油機或汽油機產生的廢氣的一小部分再送回氣缸再次燃燒，減少車用柴油機NOx排放的首選。EGR系統(tǒng)的任務就是使廢氣的再循環(huán)量在每一個工作點都達到最佳狀況，從而使燃燒過程始終處于最理想的情況，最終保證排放物中的污染成分最低。EGR冷卻器是安裝在汽車柴油發(fā)動機上，EGR系統(tǒng)中用于回流廢氣冷卻的部件，降低汽車尾氣排放中氮氧化物的環(huán)保技術產品。管殼是汽車柴油發(fā)動機EGR冷卻器上的重要零件。

圖1 管殼零件圖

零件產品信息：管殼原材料為304不銹鋼圓管，直徑Ф54mm、壁厚1mm；零件總長138±0.3mm；翻邊孔直徑Ф16.1（+0.1，0）mm；孔翻邊高度3（0，-0.5）mm；圓孔直徑Ф14±0.1mm；孔中心距端部距離20±0.3mm；兩孔間角度145°±1°及中心距98±0.5mm。

2 薄壁圓管沖孔模具結構初步構思

管殼零件原材料為Ф54X1mm不銹鋼薄壁圓管；Ф16.1mm翻邊孔中心至圓管端面的距離為20mm；Ф14mm圓孔與Ф16.1mm翻邊孔中心距98±0.5mm，兩孔間角度為145°±1°；按工藝流程先沖壓翻邊孔，并以翻邊孔內插入定位銷定位保證翻邊孔和圓孔兩孔間的中心距及角度尺寸公差。在薄壁圓管圓弧外壁上沖孔，凸、凹模接觸的零件工作面是圓弧面，因此凹模只能設計在圓管內腔，所以將凹模設計成鑲嵌在仿形圓管內腔的芯棒上，刃口部位圓弧與芯棒外徑圓弧重合，芯棒外徑與圓管內徑間隙單邊0.2mm，方便裝、卸工件；由于管殼將凹模包在圓管內，所以沖孔的落料只能在取下工件后排出；在取下工件前落料需在芯棒落料孔內暫時存放；上述是沖孔模具結構的初步構思，具體的模具零件結構、尺寸公差、零件的加工工藝性及裝配工藝性還需從模具整體細致的設計。

構思沖壓步驟：（1）上料裝卡管殼，將沖壓完翻邊孔的半成品管殼，插入芯棒，翻邊孔端向外，將定位銷插入翻邊孔及芯棒定位孔，工件固定；（2）凸模下行至沖壓行程下限，沖孔完成；落料停留在芯棒落料孔內；（3）凸模回程至行程上限，拔出定位銷，取下工件，落料從落料孔排出。

3 薄壁圓管沖孔模具關鍵零件設計分析

按上述模具構思詳細分析后進行沖孔模具零件的細節(jié)設計

3.1 凹模設計

凹模設計成鑲嵌在仿形圓管內腔的芯棒上；因此凹模外徑Ф26±0.01mm與芯棒Ф26孔按過度配合設計；Ф14.1（0，-0.02）mm尺寸為凹模刃口，Ф15mm沉孔為沖壓落料孔；R25.8mm圓弧與芯棒外徑圓弧一致，可采用將凹模鑲嵌入芯棒后磨削芯棒外圓至凹模與芯棒圓弧完全重合；凹模刃口磨損后可通過底部多次增加墊片重新磨削開刃來增加凹模使用壽命。

3.2 芯棒設計

（1）工件裝卡胎具：芯棒外徑Ф51.6mm按管殼內徑尺寸間隙單邊0.2mm設計，方便裝、卸工件；芯棒根部50mm長度設計外徑Ф52±0.01mm與底座Ф52mm圓孔過渡配合，防止沖壓過程中芯棒前后竄動導致凸模及凹模報廢；（2）鑲嵌固定凹模：Ф26±0.01mm沉孔為凹模鑲嵌孔，與凹模外徑按過渡配合裝配；Ф16mm孔為沖壓落料孔，暫時存放沖壓圓孔的落料；60±0.01mm尺寸扁與底座沉臺外形過渡配合，避免芯棒在沖壓過程中發(fā)生轉動導致凸模及凹模報廢；（3）定位銷孔定位管殼工件，Ф12mm銷孔為定位管殼翻邊孔的定位銷孔，管殼插入芯棒后翻邊孔與銷孔對正，插入定位銷，工件固定。

3.3 凸模設計

凸模刃口尺寸按與凹模刃口尺寸Ф14.1（0，-0.02）mm單邊0.02～0.03mm間隙配合設計，間隙越大則沖壓出的圓孔毛刺越大；Ф15±0.01mm直徑尺寸與凸模固定板上Ф15±0.01mm孔按過渡配合設計，Ф20mm尺寸圓臺為凸模掛臺，固定凸模，避免凸模在沖壓過程中掉落，凸模底刃可多次磨削開刃。

3.4 底座設計

底座與芯棒裝配，異型凹臺Ф52±0.01mm圓孔與芯棒外徑過渡配合用來固定芯棒；底座沉臺外形與芯棒60±0.01mm尺寸配合確定芯棒裝配方向，使凹模鑲嵌孔垂直向上，底部螺紋孔與底板用M8內六角圓柱頭螺釘固定。

沖孔模具凸模與凹模刃口之間的間隙對管殼零件的質量及模具壽命等都有很大的影響，但很難確定一個固定的間隙值能夠同時滿足沖裁件質量最佳、沖模壽命最長，沖裁力最小等各方面的要求。因此，在沖壓實際生產中，主要根據(jù)沖裁件斷面質量、尺寸精度和模具壽命這三個因素綜合考慮，給間隙規(guī)定一個范圍值。經過查詢沖裁模初始雙面間隙值，選擇杜拉鋁、中等硬鋼材料厚度1mm間隙值為Zmin=0.06mm，Zmax=0.08mm；因為沖孔模具間隙過大沖裁件斷面質量較差，易產生毛刺。因此設計凸模與凹模之間的間隙值取雙面間隙最小值Zmin=0.06mm，即單邊間隙0.02～0.03mm.

4 薄壁圓管沖孔模具主要結構及裝配調試過程

按上述完成沖孔模具關鍵零件的設計，沖孔模具為了防止在裝配過程中發(fā)生零件干涉，模具設計使用三維制圖軟件Pro/E進行模具零件設計及裝配；在裝配完成后對模具進行干涉檢測和運動仿真，最終完成了整套模具的設計。沖孔模具結構圖如圖2所示。

模具零件加工完成后，按裝配圖紙進行裝配調試：（1）將凹模裝配入芯棒Ф26mm孔，孔底部與凹模底部緊密貼合；將凹模磨削至與芯棒外徑Ф51.6mm外圓重合，凹模上部刃口完成磨削開刃，芯棒根部直徑Ф52mm與底座Ф52mm圓孔按過渡配合配加工；（2）將芯棒內凹?？紫蛏涎b配入底座Ф52mm圓孔，底座異型沉臺外形與芯棒60±0.01mm尺寸配合確定芯棒裝配方向，保證凹模鑲嵌孔垂直向上；（3）將底座及芯棒裝配完成部分裝配至底板，用四個M10內六角圓柱頭螺釘擰緊固定；（4）將凸模裝配入凸模固定板Ф15mm孔，磨平凸模與凸模固定板裝配面；（5）將凸模固定板與法蘭盤裝配，用兩個M10內六角圓柱頭螺釘擰緊固定；（6）將模柄裝配入法蘭盤M20螺孔內擰緊，模具裝配完畢。

圖2

5 結語

管殼圓孔采用沖壓模具沖孔，可以滿足管殼零件的批量生產訂單交付。經生產實踐驗證，沖壓生產的管殼零件表面光滑、美觀，圓孔尺寸完全滿足零件圖紙設計要求；提高了管殼零件的產品質量、生產效率，降低了生產成本。薄壁圓管沖孔模具，具有結構簡單、生產成本較低的特點，適宜管殼零件大批量沖孔生產，且對于大批量生產的同類產品加工具有一定的參考意義。

參考文獻

[1] 薛啟翔.沖壓模具設計制造難點與竅門[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[2] 薛啟翔.沖壓工藝與模具設計實例分析[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

作者簡介：呂華英（1977-），男，遼寧錦州人，錦州美聯(lián)橋汽車部件有限公司工程師，研究方向：機械制造。

（責任編輯：周 瓊）endprint